Na concepção de PCB, uma das chaves para garantir a qualidade da transmissão de sinal é a impedância característica. Em particular, para linhas de transmissão internas, como as strip-lines, é essencial calcular e gerenciar corretamente essa impedância característica. Neste artigo, explicaremos passo a passo como calcular a impedância característica de uma strip-line usando o QucsStudio.
1. O que é uma Strip-Line?
Uma strip-line é uma linha de transmissão constituída por um condutor embutido entre dois planos de aterramento. Sua impedância característica é determinada pela largura do condutor, pela constante dielétrica do substrato e pela distância entre o condutor e os planos de aterramento.
Outra linha de transmissão amplamente utilizada é a microstrip-line, que apresenta as seguintes diferenças:
Strip-Line
- Estrutura: Composta por um condutor embutido entre dois planos de aterramento.
- Vantagens: Alta resistência a interferências eletromagnéticas (EMI) e baixa fuga de ondas, adequada para uso em altas frequências. A presença de dois planos de aterramento permite manter uma impedância característica constante.
- Desvantagens: Maior custo de fabricação e complexidade de design.
Microstrip-Line
- Estrutura: Composta por um condutor (trilha) em uma face do substrato e um plano de aterramento na outra face.
- Vantagens: Fabricação simples e custo reduzido. Fácil acesso às trilhas, facilitando o design e as modificações.
- Desvantagens: Baixa resistência a EMI, o que pode causar fuga de ondas e degradação de sinal em altas frequências.
2. Importância do cálculo da impedância característica
A impedância característica de uma strip-line deve ser otimizada para minimizar reflexões de sinal e reduzir perdas de transmissão. Um design de impedância inadequado pode causar degradação e perda de sinal, afetando o desempenho final do dispositivo.
3. Cálculo da impedância característica de uma Strip-Line com o QucsStudio
O QucsStudio oferece ferramentas para calcular facilmente a impedância característica de diferentes linhas de transmissão, incluindo strip-lines. A seguir, explicamos como calcular a impedância característica de uma strip-line passo a passo.
Vamos utilizar uma strip-line construída em uma PCB com as especificações a seguir como exemplo para demonstrar o cálculo da impedância característica com o QucsStudio.
Etapa 1: Iniciar e configurar o QucsStudio
- Iniciar: No menu do QucsStudio, selecione “Line Calculation” em “Tools”.
- Escolher: Selecione “Stripline” no campo “Choice” para a estrutura que deseja calcular.
- Inserir os parâmetros necessários: Insira os parâmetros necessários para o cálculo da impedância.
Etapa 2: Inserir as informações do substrato
Insira primeiro as informações do substrato em “Properties”.
- εr: Constante dielétrica do material. Para um FR-4, o valor é geralmente de 4,5, mas pode variar dependendo do material.
- tanδ: Insira a tangente de perda dielétrica, uma medida das perdas elétricas do material.
- Resistividade: Insira a resistividade do condutor, por exemplo, 1,72 × 10-8 Ω para o cobre.
- μr do condutor: Permeabilidade relativa do condutor.
- Rugosidade: Insira a rugosidade da superfície do condutor.
- T: Espessura do condutor. Neste exemplo, 20 μm.
- H: Espessura do substrato. Neste caso, 0,9 mm.
- h: Posição do condutor, aqui 0,44 mm.
Etapa 3: Verificação da impedância característica
Insira a largura da trilha W em “Dimensions” para obter a impedância característica calculada. Alternativamente, insira um valor de impedância Zo para calcular a largura de trilha necessária.
Para esta PCB, descobriu-se que uma largura de trilha de 358 μm resulta em uma strip-line com impedância característica de 50 Ω.
4. Conclusão
O cálculo preciso da impedância característica das strip-lines é essencial para garantir uma transmissão de sinal de alta qualidade. Com o QucsStudio, o processo de design é simplificado, permitindo determinar a melhor impedância de forma eficiente.
コメント